生物质锅炉的燃烧装置

工业锅炉2013年第6期(总第142期)文章编号:10048774(2013)06005203生物质锅炉的燃烧装置刘英(河北华林机械设备有限公司,河北黄骅061100Combustion Device for Biomass-fired BoilerLIU YirngHebei Hualin Mechanical Equipment Co. Ltd, Huanghua 061100, China)摘要:通过对生物质燃料的分析与研究,对现有的燃烧装置进行改进,使其能更好地适作者简介:刘英应生物质燃料的燃烧,既简化了设备,又降低了生物质燃料燃烧带来的负面影响,实现了节能减(1979-),工程师排的目标。电子科技大学计算关键词:生物质;燃烧装置;改进;节能减排机专业,目前主要从中图分类号:TK223.2文献标识码:B事锅炉产品的设计与研发工作。0前言为最大,除去工业及生活等使用外,每年还会有随着国家对节能环保要求的提高,以及不可再2.48亿吨剩余量。由于农作物剩余物是最易取得的生能源的不断消耗,燃煤锅炉的使用有所限制,并逐资源,所以我们主要讨论这部分生物质的燃烧利用步向大容量、洁净燃料锅炉方向发展。水煤浆锅炉、1生物质燃料的成分与特性垃圾焚烧锅炉、余热及废气利用锅炉、燃生物质锅炉生物质一直是人类赖以生存的重要能源,是仅等正受到越来越多的重视和发展,尤其是燃生物质次于煤炭、石油和天然气,位居世界第四的能源。生锅炉更受到广泛重视。因为拥有生物质能的生物质物质燃料中的生物质是由多种可燃质、不可燃的无燃料可转化为常规的固态、液态和气态燃料,是一种机矿物质及水分混合而成的,由于来源广泛,成分较可再生能源。为复杂,其主要元素成分为多种复杂的高分子有机生物质燃料主要来自农作物剩余物、林业剩余化合物的混合物,主要由C、H、O、N和S等元素所物能源林等,而其中农作物剩余物的产量所占比例组成,主要成分与热值参数见表1。表1生物质燃料与煤炭的分析对比类型C0(kJ·kg2)/(t·m3)生物质41~54.95.24~6.736.93~51.950.3~1.590.01~0.2270.707.36.9515910.60.47~0.64燃煤47.433.216.570.8742.8431.327.6188500.8~1.00*按锅炉设计代表性煤种山东新汶Ⅱ类烟煤成分。根据表Ⅰ可见,生物质燃料的各项指标与燃煤壳等,所占体积较大,密度较小,如果单纯按其原始的成分相当,而且0的含量高,N、S的含量少,这样状态运输和用来燃烧,必然会带来较大的资源浪费,既能保证生物质燃料容易被引燃,可实现低温燃烧,而且还会形成二次污染。为此,现在生物质燃料都还能使生物质在燃烧时产生较少的NO,和SO4,减是通过专业设备,将生物质进行压缩,使其形成一定少空气的污染和对燃烧设备金属表面的腐蚀。规则形状、密度较大的固体成型燃料,如颗粒状、块2生物质燃料成型状、棒状等(如图1),便于运输、贮存,同时也提高了生物质燃料由于来自天然的植物茎杆叶、根、燃料的热值厂叶出木度较大的原料,如棉杆、玉中国煤化剌成小块,直接收稿日期:201340704使用。目前日},工以斯主要是颗粒状和块状燃料。节能与改造·生物质锅炉的燃烧装置颗粒状块状棒状图1生物质压块3生物质燃料燃烧特性4生物质燃烧装置及其改进由于生物质燃料本身的结构特点,可燃部分主我们首先采用传统的链条炉排燃烧方式,对生要为纤维素、半纤维素、木质素按质量计量,纤维素物质燃料进行了燃烧。燃烧的结果不是很满意,因,占40%~50%,半纤维素占20%-40%,木质素占为生物质燃料的灰渣比较松散很容易变成较小的10%-20%,而木质素等的可压缩性不高所以与煤颗粒,这就造成了大量的灰尘被引风机引至风道及炭化石燃料特性不同,生物质燃料的密度(如表1)除尘器,由于生物质燃料的灰渣中成分较多,灰尘很约为煤炭的1/2,热值在同体积情况下,仅为煤炭的多都滞留到了翼型烟道中,炉膛内的水冷壁管上则1/2。这就造成生物质燃料的燃烧机理、反应速度及沾满了灰尘,严重影响了管壁的传热。不仅如此,由燃烧产物成分与化石燃料相比有较大的差别。生物于链条炉排炉排片之间的间隙较大,燃料在燃烧后质燃料的燃烧过程主要分为挥发分析出、燃烧和残灰渣较为松散,细小的灰尘就落入风室中,一方面影余焦炭的燃烧、燃尽两个独立阶段。其燃烧过程有响风室的通风,使炉排的布风受到影响,另一方面,以下特点:无形增大了司炉工人清除灰尘的工作量。1)由于压块的原料含水量较高,加上压块本身大量的灰尘进入到除尘器中,很快将除尘器堵密实性也不好,很容易造成水分含量多所以燃料需塞,造成清理周期缩短,被水过滤后的泥浆也比使用要较高的干燥温度和较长的干燥时间,产生的烟气煤作燃料前要多,对污水的过滤和沉淀工作形成了体积较大,排烟损失较高。负担,这和节能减排、降低污染的设计初衷相悖。通2)因为燃料本身是由原始生物质压缩而成,结过分析和讨论,考虑到生物质燃料的燃烧特性,我们构很松散,在燃烧时,造成迎风面积大,易吹起,悬浮根据实际情况,对燃烧装置进行了改进,此次改进是段燃烧份额较大基于在用的“制气复合燃烧链条炉”,将主要结构保3)发热量低,炉内温度水平低,组织稳定的燃留,将链条炉排的链带去掉,采用固定式燃烧结构,烧比较困难,长时间停炉就会出现熄灭的问题。通风方式改为自然通风结构,无引风机和鼓风机。4)由于挥发分高,燃料着火温度较低,一般在燃料的燃烧主要依靠燃料的自身重量下落,灰烬依250~350℃温度下挥发分便大量析出并开始剧烈靠底部的刮板式除灰机构将燃尽的灰渣清除。燃烧燃烧,这时会需要大量的空气,如果此时空气量不装置主要工作原理如图2。足,便会增大化学不完全燃烧损失。5)生物质燃料因含有较多的碱金属(K、Na)导致灰熔点低,当挥发分析出燃尽后,受到灰烬包裹和空气渗透困难的影响焦炭颗粒燃尽困难,燃烧过度缓慢,如不采取适当的必要措施,将会导致灰烬中残留较多的余碳,增大机械不完全燃烧损失。6)秸秆等部分生物质燃料含氯量较高,因此需要对床层部分结构和运行工况加以特殊考虑,防止其对床层部分的金属腐蚀由此可见,生物质燃烧设备的设计和运行方式1一燃料人口风口3一预热百叶窗4-燃尽中国煤化工累纹烟管的选择应从不同种类生物质燃料特性出发才能保证CNMHG生物质燃料设备运行的可靠性和经济性,提高生物生物质燃料由燃料入口1进入,依靠自身重力进质能开发利用的效率。人炉膛,附着于预热百叶窗3上,空气通过通风口2工业锅炉2013年第6期(总第142期)穿过预热百叶窗3的缝隙,给炉膛内的燃料供氧,使烟气在进入烟管前,与炉膛中的二次配风装置混合燃料剧烈燃烧,燃尽后下落,成为燃烬灰渣4,可以并剧烈燃烧,从而使进入烟管中的髙温烟气较为清利用刮板式除灰机构清除。燃烧后的高温烟气则通洁。与同期燃烧的链条炉相比,表面积灰几乎没有,过螺纹烟管6进行换热,然后经过烟囱排至大气,烟可以长时间不用清灰和疏通烟管气在经过烟气回转室5时,由于改变方向,其中含有3)燃料随着重力不断下降,使其在燃烧中形成的的烟尘经过沉降,二次分离,可以使排出烟气中的灰空洞结构不断被破坏燃料燃烧后的灰渣没有结焦的尘含量非常稀少,节省了除尘装置,又降低了污染。情况发生,也就不需要专门打焦,减轻了劳动强度通过改进,并全部采用生物质燃料进行燃烧试4)燃烧装置底部不装设炉排,不需要定期疏通验。经过长时间的燃烧之后,与普通链条炉排燃烧炉排通风孔,亦不会发生炉排烧损,从而不会出现影装置相比该燃烧装置结构完全适合生物质燃料的响锅炉使用的情况发生。燃烧,并具有明显的优势,主要如下:为进一步检验该改进后的燃烧装置效果,我们1)因为炉渣采用重力自然下降原理,使炉渣下请环境监测部门对该锅炉进行了环保测试,测试的降速度较链条炉缓慢,这就可以使炉渣残存的热量依据是GB13271-2001《锅炉大气污染物排放标大部分散发到炉内,而且还可以给炉膛内的燃料提准》表1中自然通风燃煤锅炉二、三类地区Ⅱ时段供卫燃作用。通过底部除灰装置淸除的灰渣温度很与表2中燃煤锅炉Ⅱ时段数值,如表2。测试结果低,既减少了传统除渣机需要大量使用的水,又能使如表3清出的灰渣便于转运。表2标准规定的污染物排放限值2)由于燃料在燃烧过程中不断沉降,新的燃料项目再次补充进行小幅度地混合使燃烧更加容易,因烟尘排放浓度120mg/m3(标态)未采用鼓风装置就能使燃料燃烧前期的温度较低,烟气黑度林格曼黑度1级没有大量的燃烧粉末浮起,不会随大量鼓入的空气SO2排放浓度900mg/m3(标态)进入烟管并粘结在受热面上,仅有燃烧后的火焰和表3生物质锅炉改进前后实际运行排放测试结果改进前测试结果(除尘后)改进后测试结果(无除尘器)烟尘排放浓度40.1mg/m3(标态)3.8mg/m3(标态)烟气黑度林格曼黑度1级林格曼黑度<1级SO2排放浓度25mg/m3(标态82mg/m3(标态NO2排放浓度30mg/m3(标态)5mg/m3(标态)炉渣可燃物含量10.2%4.7%飞灰可燃物含量14.7%5.3%通过改进该生物质锅炉解决了原有燃烧装置地燃烧带来的能源浪费,降低对环境污染造成的影大量积灰、炉渣结焦、堵塞烟管等受热面、污染环境、响。浪费水、劳动强度大等缺点。在整个燃烧过程中锅5问题与不足炉烟囱无黑烟排出,进料口不冒烟,加料过程也不影响燃烧,灰渣燃烧充分(为灰色粉末,见图3),达到限于目前的研发条件,有些问题尚未深入研究,有待进一步完善。由于对生物质燃料的使用还只停了预期的效果结果令人满意可以在秸秆较为丰富留在试验阶段,很多地方仍有改进的空间。通过这次的平原地区推广,减少当地农民大量废弃秸秆并就试验,虽然积累了很多数据,但也发现了不少的问题。1)燃烧棒状和块状秸秆压块时,由于其自身形状的制约,很多情况下不能依靠自身的重量自然下降,这就造成燃料不能很好地连续燃烧,需要进行人工干预,用铁中国煤化工决。为此,我们考虑在合CNMHG置,以便于燃图3生物质燃烧后的灰渣料能够很好地连续给入,保持炉膛燃烧稳定。(下转第64页)工业锅炉2013年第6期(总第142期)大小以及配比,在保证锅炉正常运行的情况下使炉参考文献膛内保持负压并尽量降低过量空气系数。[]张科,余德祖我国工业锅炉行业现状及发展分析[J](3)检查锅炉密封措施,防止漏入空气,并增设中国锅炉压力容器安全,2004,20(2):17-2防爆措施。特别需要注意的是原炉门处,采用喷入2】.齐建才工业锅炉安全环保与节能等新技术现状与发木屑粉末的锅炉通常在此处开洞将木屑喷入,此处展[J].中国锅炉压力容器安全,2001,17(5):2方面要做好密封措施,防止空气进入炉膛,另一方[3]劳动部职业安全卫生与锅炉压力容器监察局编.工业防爆实用技术手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,1996面也要做好防爆处理,让其保持活动状态不能卡死,是A∏、AⅢ,并未设计防爆4]向夏楠顿玉环稻壳与木屑制取富氢燃气的试验研究[J].可再生能源,2010,28(2):26-29装置只能将此处设置为临时防爆门释放压力,并在[5]赵衡阳气体和粉尘爆炸原理[M].北京:北京理工大学附近设置人员安全警示。出版社,1996,93-102.5结论[6]胡双启,张景林燃烧与爆炸[M].北京:兵器工业出版本文通过对爆燃的理论分析,并结合实际情况,社,1992,62-6[7]来诚锋,段滋华煤粉末的爆炸机理[J].爆炸与冲击,实施以上三点措施,解决了燃用木屑粉末工业锅炉2010,30(3):325-328炉膛产生爆燃的现象,为锅炉安全运行提供了保证(上接第54页)参考文献[1]张力.锅炉原理[M].北京:机械工业出版社,201l2)长期使用后炉膛受热面和烟管内部是否会2]李之光,牛全正,梁耀东,刘峰工业炉现代设计与开发粘结灰渣中的结胶物质而堵塞,堵塞后如何清理,这[M].北京:中国标准出版社,2011都是需要进行改进和注意的地方[3]丁崇功.工业锅炉设备[M].北京:机械工业出版社3)该试验装置由于热功率较低,采用固定燃烧装置,如向大型化发展,必须要采用机械燃烧,但采[4]陈善军,赖光楷链条炉排锅炉全煤层着火同步燃烧技术开发[J].工业锅炉,2010(5)用机械燃烧,就可能会影响锅炉的密封性等问题,这还需要进行更好的设计和推敲。≯》3》》》》》》)}}}》》》》》》》》》》》}》}》》》》》》》》》}》》》》》》》》》》》}}》》》》》》》》》》》》】】》333》》》2》(上接第58页)[2]吴剑恒福建无烟煤在循环流化床锅炉中的优化燃烧全、稳定和经济运行。通过认真全面分析、查找根本[J].锅炉技术,2004,35(6):39-42原因,针对性采取相应措施,最终采取蘑菇型风帽替3]冯冰潇缪正清潘家泉等循环流化床锅炉3种典型代r型定向风帽进行改造。运行实践表明采用蘑布风板风帽阻力特性的试验[J].动力工程,2008,28菇型风帽改造后布风板布风均匀、燃烧稳定,提高了[4]浙江大学热能工程研究所循环流化床锅炉燃烧福建无锅炉运行的安全可靠性,并且未发现风帽磨损和脱烟煤的试验研究[R].杭州:浙江大学热能工程研究所,落、“漏渣”等现象,提高了风帽的使用寿命,减少了1995,10.检修费用,取得了较好的效果。[5]蔡宏伟,尹会坤,陈新循环流化床锅炉定向风帽磨损的参考文献分析及应对措施[J].工业锅炉,2004,20(6):47-48[l]岑可法倪明江,骆仲泱,等循环流化床锅炉理论设计与运行[M].北京:中国电力出版社,1998中国煤化工CNMHG